天文学家发现迄今为止最远星系。
2024年5月30日天文学家公布,他们利用韦伯望远镜的观测,发现一个红移值高达Z=14的星系,对应距离大约135亿光年,这是宇宙诞生后还不到3亿年就形成的星系,是一个非常古老的存在。
韦伯深空巡天-起源场
自詹姆斯韦伯望远镜升空以来,天文学家一直在探索着宇宙第一批星系的踪迹,为此他们制定了一个高级深空河外巡天计划(JADES)。
在这个计划的初期,韦伯观测了天炉座方位的一片天区,这片天区位于哈勃超深空场的附近。
位置示意
2023年,韦伯望远镜对这片天区进行了五天深入的成像,以此来作为韦伯深空巡天计划的起源场。
起源场
在这次起源场的拍摄中,天文学家发现了12个很暗的光斑,它们的红移值普遍都高于11,这表明,它们的光行距离都在134亿光年之外,如此的距离,让它们成为了早期星系的候选者。
12个候选星系
红移14
那么在这些候选者中,有3个星系最令天文学家兴奋。
这3个星系的红移值都高达14,这对应着一个极其遥远的距离。
不过这三个星系也有令天文学家疑惑的地方,其中一个红移值为14.4的星系比起其他的高红移星系,明显要亮的多。
距离远,又有点亮,这让天文学家很诧异。
所以这个候选星系成为了天文学家首要的目标。
成为目标后,天文学家就要对它进行更加精细的观测,以此来确定它的准确距离,而天文学家更加精细的观测便是光谱观测。
2024年1月有一组研究团队再次起启用韦伯望远镜,对它进行了约10个小时的拍摄,最终得到了它的光谱,根据光谱数据,它的红移值为14.32。
光谱数据
这个值打破了之前最远星系红移Z=13.2的记录,这是韦伯于22年10月观测到的一个星系。
韦伯于22年10月观测到Z=13.2的星系
所以,继JASES-GS-Z13-0之后,JASES-GS-Z14-0成为了目前最远星系保持者。
它距离我们约135亿光年,是在宇宙诞生后还不到3亿年就形成的古老星系。
而它的发现,除过距离遥远外,还有一个现象让天文学家很惊奇,就是前面我们曾提到过的亮度,比起其它高红移星系,它看着要亮。
JASES-GS-Z14-0
星系的快速成长
根据以往的观测以及预测,宇宙早期的星系普遍都很小,因为刚刚形成不久,恒星还不是很多,所以它们的亮度并不会很亮。
其它高红移星系很暗淡
但这个星系并不是,它的亮度高于预测,并且根据数据的测算,它的光是来自大约1600光年的范围,也就是说,它的光源主要是恒星的光,而不是中心黑洞的吸积盘,因为中心黑洞吸积盘不会这么大。
还有,韦伯的观测还发现了氧元素的踪迹。
氧对于现在的我们来说没有什么稀奇的地方,但在宇宙诞生之初,宇宙的元素很单一,也就氢、氦和少量的锂,之后其它的元素都是经过恒星内核聚变加工后才产生。
所以在这个星系中发现氧,说明它的内部已经有一批恒星经历了死亡。
这样的话就说明,宇宙之初星系的成长其实很快,起码是超过了我们的预期,而这个不到3亿年就形成的星系,让我们看到了这一点,这也将是我们了解星系快速成长的开始。
韦伯之后的观测,可能会出现更多这样的星系,我们拭目以待。
好了,最后我们来说说文中提到的关键名词,光谱红移。
光谱红移
对于天体的距离,尤其是极其遥远的天体,我们时常会听到天文学家用红移来测量,红移值越大,表明天体距离我们越远,所以红移是什么呢。
要了解红移,首先,我们需要了解一个基本的概念,夫琅禾费线。
以太阳为例,当我们把太阳的光进行色散处理后,会得到各个颜色不同的光,如果仪器足够精细,我们会发现,这些颜色不同的光中存在许多暗色的条纹,这些条纹便是夫琅禾费线,它们因夫琅禾费发现而得名。
夫琅禾费线被称为元素的吸收线,意思就是,它们是由元素吸收了光的能量而留下的暗色条纹,而每种元素只会吸收特定波长的光,所以不同的暗色条纹对应不同的元素,它们就像元素的指纹那样烙印在光中。
而光谱红移,指的便是夫琅禾费线的变化。
正常的情况下,我们看到的夫琅禾费线出现的位置是不变的,但当光的波长发生变化时,比如,拉长。
那么烙印在它上面的那些暗线显示时,便会出现在被拉长之后的波谱中,这样看起来好像是暗线往长波段的红端移动了,我们把这个便称为光谱红移,那么暗线移动的越长,表明天体距离我们越远。
这个便是光谱红移。
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